DE69702222T3 - Low radiation growth zirconium alloy, its manufacturing process and use - Google Patents
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Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND THE INVENTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Brennelementkanals.The invention relates to a method for producing a fuel channel.
Eine Zirconiumlegierung ist ein Material mit hoher Korrosionsbeständigkeit und kleinem Querschnitt für Neutronenabsorption, weswegen es für ein Brennstabbündelelement verwendet wird. Für diese Verwendungsart werden hauptsächlich Zr-Sn-Fe-Cr-Ni-Legierungen verwendet, die als Zircaloy-2 und Zircaloy-4 bezeichnet werden. Wenn diese Legierungen für eine lange Zeitspanne in einem Kernreaktor verwendet werden, treten eine Verlängerung und eine bogenförmige Verformung in speziellen Richtungen auf, da ihre (0001)-Ebenen in der Richtung der Plattendicke ausgerichtet sind. Wenn die bogenförmige Verformung in einem Brennstabkanal auftritt, ist der Raum zum Antreiben des Kontrollstabs verringert, was den Betrieb des Reaktors behindert. Ferner ändert sich, wenn eine bogenförmige Verformung auftritt, der Abstand zur Brennstab-Verkleidungsröhre, mit dem Ergebnis, dass sich das Verhältnis von Wasser zu Uran örtlich ändert, was eine Änderung des Kernspaltungs-Reaktionsvermögens verursacht. Im Ergebnis wird die Korrosion der Brennstab-Verkleidungsröhre durch anomale Erwärmung beschleunigt, wodurch weitere Brennstab-Schäden verursacht werden können. Um zu verhindern, dass eine bogenförmige Verformung des Brennstabkanals auf Grund einer derartigen Ungleichmäßigkeit der Neutronenexposition auftritt, wurde eine Vergleichmäßigung der Neutronenexposition durch Ändern der Einsetzposition des Brennstabbündels in den Reaktorkern untersucht. Mit dieser Maßnahme gelang es jedoch nicht, die bogenförmige Verformung zu verhindern. Sowohl die Verringerung des Antriebsraums für den Kontrollstab als auch die Änderung des Kernspaltungs-Reaktionsvermögens, wie sie durch eine bogenförmige Verformung verursacht werden, sind Hauptfaktoren, die die Lebensdauer des Brennstabkanals begrenzen.A zirconium alloy is a material with high corrosion resistance and small cross section for Neutron absorption, which is why it is for a fuel assembly element is used. For Zr-Sn-Fe-Cr-Ni alloys are mainly used for this purpose used, which are referred to as Zircaloy-2 and Zircaloy-4. If these alloys for used for a long period of time in a nuclear reactor an extension and an arcuate Deformation in specific directions due to their (0001) planes in the direction the plate thickness are aligned. If the arcuate deformation occurs in a fuel rod channel, the space for driving the Control staff reduced, which hinders the operation of the reactor. Furthermore changes itself when an arcuate Deformation occurs with the distance to the fuel rod cladding tube the result that the ratio from water to uranium locally changes what a change of Fission reactivity caused. As a result, the fuel rod cladding tube is corroded by abnormal warming accelerates, which can cause further fuel rod damage. Around to prevent an arcuate Deformation of the fuel rod channel due to such unevenness the neutron exposure occurs, an equalization of the Neutron exposure by changing the insertion position of the fuel assembly in the reactor core examined. With this measure However, it was not possible to prevent the arcuate deformation. Both the reduction in the drive room for the control rod as well the change nuclear fission responsiveness, like an arched one Deformation caused are major factors affecting the lifespan limit the fuel rod channel.
Als Verfahren zum Verhindern des Verbiegens des Brennstab- Kanals ist es in JP-A-59-229475, JP-A-62-200286, JP-A-5-17837, JP-A-5-80170 sowie EP-A-689 209 offenbart, die Orientierung von Kristallkörnern zufällig zu machen. Jedoch kann eine bogenförmige Verformung durch Bestrahlungswachstum wegen des unten beschriebenen Grundes nicht weiter verringert werden.As a method of preventing the Bending the fuel rod channel is described in JP-A-59-229475, JP-A-62-200286, JP-A-5-17837, JP-A-5-80170 and EP-A-689 209 discloses the orientation of crystal grains fortuitously close. However, an arcuate deformation due to radiation growth cannot be further reduced due to the reason described below.
Gemäß dem Stand der Technik wird die Kristallorientierung eines Zirconiumlegierungselements zufällig gemacht. Jedoch ist ein Kanal viereckig und röhrenförmig, und insbesondere offenbaren JP-A-5-17837 und JP-A-5-80170, dass, um die Kristallorientierung zufällig zu machen, eine Wärmebehandlung dadurch ausgeführt wird, dass eine Erwärmung in einem β-Temperaturbereich ausgeführt wird, gefolgt von einem Abschrecken, wobei es jedoch schwierig ist, die Gesamtheit zu erwärmen und auf gleichmäßiger Temperatur zu halten. Demgemäß tritt, wenn nicht das gesamte Element erwärmt und auf gleichmäßiger Temperatur gehalten wird, eine Verformungsdifferenz durch Neutronenbestrahlung auf, wobei wegen dieser Differenz Verbiegung auftritt.According to the prior art made the crystal orientation of a zirconium alloy element random. However, a channel is square and tubular, and in particular, disclose JP-A-5-17837 and JP-A-5-80170 that to the crystal orientation fortuitously to make a heat treatment carried out by it is that a warming up in a β temperature range accomplished followed by a quench, but it is difficult to to warm the whole and at a constant temperature to keep. Accordingly, if not the entire element is heated and at a uniform temperature is held, a deformation difference due to neutron radiation on, with bending occurring due to this difference.
US-A-493891 offenbart einen Prozess zum Herstellen einer Brennelementhülle aus einer Zirconiumlegierung. Es wird eine Wärmebehandlung im β-Temperaturbereich verwendet, jedoch ist das Ausmaß nicht offenbart, gemäß dem dieser Prozess zufällige Orientierung bewirkt.US-A-493891 discloses a process for producing a fuel element shell made of a zirconium alloy. It will be a heat treatment in the β temperature range used, but the extent is not disclosed according to this Process random Orientation brings about.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY THE INVENTION
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Brennelementkanals anzugeben, wobei die Verformung durch Neutronenbestrahlungswachstum an jeder Position gleichmäßigeres Ausmaß aufweist und bogenförmige Verformungen vermieden oder minimiert werden.An object of the invention is in specifying a method for producing a fuel channel, the deformation by neutron radiation growth at each Position has a more uniform extent and arcuate Deformations can be avoided or minimized.
Bei einer erfindungsgemäß verwendeten Zirconiumlegierungsplatte wird die <0001>-Kristallorientierung von hexagonalem Zr-Metall in der Zirconiumlegierungsplatte großer Abmessung stark zufällig gemacht, und wünschenswerterweise wird dieselbe Zufallsorientierung an jeder Position der Legierungsplatte erzielt.In one used according to the invention Zirconium alloy plate becomes the <0001> crystal orientation of hexagonal Zr metal in the large dimension zirconium alloy plate very random made, and desirably becomes the same random orientation at every position of the alloy plate achieved.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 geschaffen.According to the invention is a method according to claim 1 created.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung
eines Brennelementkanals aus einer Zirconiumlegierung mit niedrigem
Bestrahlungswachstum ist es bevorzugt, das Legierungselement während einer
kurzen Zeitspanne im Temperaturbereich der β-Einzelphase zu halten, so dass
der Wert des durch die nachstehende Formel bestimmten Parameters
P nicht kleiner ist als 0,8, und danach die Legierung abzuschrecken:
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet den folgenden Schritt: örtliches und kontinuierliches Induktionsheizen des Elements in einem Temperaturbereich der β-Phase, während es eine Relativbewegung erfährt, und Ausführen einer Abschreckbehandlung durch Zwangskühlen des erwärmten Teils des Elements unter Verwendung eines Kühlmediums, wobei die Abschreckbehandlung mehrmals ausgeführt wird.The inventive method includes the following step: local and continuously induction heating the element in a temperature range the β phase, while it experiences a relative movement, and execute quenching treatment by forced cooling of the heated part of the element using a cooling medium, the quenching treatment executed several times becomes.
Ein erfindungsgemäß hergestellter Brennelementkanal kann so verwendet werden, dass das Abbrandausmaß beim Entnehmen nicht kleiner als ungefähr 32 GWd/t ist, so dass Kernbrennstoff mindestens zweimal während seiner Verwendung ausgetauscht wird, wobei der Vorgang vorzugsweise so ausgeführt wird, dass der Kanal für späteren Betrieb an derselben Betriebsposition wie beim vorigen Betrieb positioniert wird.A fuel element channel manufactured according to the invention can be used so that the Ab firing size is not less than about 32 GWd / t so that nuclear fuel is exchanged at least twice during its use, the operation preferably being carried out so that the duct is positioned at the same operating position for later operation as in the previous operation.
In dem Kanal wird Brennstoff mindestens zweimal ausgetauscht, und die Verformung, wie sie während einer solchen Zeitspanne auftritt, dass das Abbrandausmaß bei Entnahme 35 GWd/t oder mehr beträgt, oder für eine solche andere Zeitspanne, dass die Neutronenexposition 1022 n/cm2 oder mehr beträgt, ist verringert, und insbesondere beträgt der Biegewert auf 4 m Länge des Kanals nicht mehr als 2,16 mm.Fuel is exchanged in the channel at least twice, and the deformation occurs during such a time period that the amount of burn-off when removed is 35 GWd / t or more, or for such a different time period that the neutron exposure is 10 22 n / cm 2 or more is reduced, and in particular the bending value over 4 m length of the channel is not more than 2.16 mm.
Insbesondere kann der Kanal bis zu einem höheren Abbrandausmaß von 38,45 und 50 oder nicht weniger als 50 GWd/t wirkungsvoll genutzt werden, so dass der Vorteil merklich wird.In particular, the channel can be up to a higher one Burning amount of 38.45 and 50 or no less than 50 GWd / t used effectively so that the benefit becomes noticeable.
Eine Verformung eines Zirconiumlegierungselements
tritt auf, da die <0001>-Richtung von hexagonalem
Zr beinahe rechtwinklig zur Oberfläche des Elements ausgerichtet
ist. Wenn das hexagonale Gitter Neutronenbestrahlung unterworfen
wird, ziehen sich Kristalle in der <0001>-Richtung
zusammen, während
sie sich in der Richtung rechtwinklig zur <0001>-Richtung
ausdehnen. Genauer gesagt, wird durch Neutronenbestrahlung eine
Versetzungsfläche
rechtwinklig zur <0001>-Richtung eingeführt, die
diese Kontraktion und Expansion in den speziellen Richtungen bewirkt.
Das Ausmaß der
Neutronenbestrahlung wird an einer Position größer, die näher am Zentrum des Reaktorkerns
liegt, und sie wird am Rand des Reaktorkerns kleiner. In einem Kanal, der
am Rand liegt, wo sich das Ausmaß der Neutronenbestrahlung
stark ändert,
tritt eine Änderung
des Bestrahlungswachstumswerts (Dehnungsdifferenz) zwischen der
Fläche
an der Reaktorkernseite und der davon abgewandten Seite auf, was
ein Verbiegen des Kanals verursacht. Das Maß der Biegung kann durch die
folgende Formel berechnet werden:
Es wird angenommen, dass ein abgeschrecktes Element in jedem Korn viele Unterkorngrenzen aufweist und leicht ein Gleiten entlang der Korngrenzen auftreten kann. Demgemäß kann eine Verbesserung dadurch erzielt werden, wenn die Unterkorngrenzen unter Verwendung sowohl einer Temperung als auch einer Umkristallisierung, die nach dem Kaltwalzen ausgeführt werden, verringert werden, wobei das Maß der Verbiegung des Kanals durch Bestrahlungswachstum verringert wird und es möglich wird, einen Kanal und ein Brennstabbündel zu erhalten, bei denen beiden die Streustrahlungsdosis verringert ist.It is believed to be a deterrent Element in each grain has many lower grain boundaries and is light sliding along the grain boundaries may occur. Accordingly, one Improvement can be achieved if the undersize limits below Using both tempering and recrystallization, which performed after cold rolling be reduced, the degree of deflection of the channel is reduced by radiation growth and it becomes possible a channel and a fuel bundle to obtain, in which both reduced the scattered radiation dose is.
Eine Verformung tritt auf, da die <0001>-Kristallorientierung von hexagonalem Zr-Metall rechtwinklig zur Oberfläche der Zirconiumlegierung ausgerichtet ist. Wenn hexagonales Zr- Metall Neutronenbestrahlung ausgesetzt wird, zieht sich der Kristall in der <0001>-Richtung zusammen, während er sich in der Richtung rechtwinklig zur <0001>-Richtung ausdehnt. Genauer gesagt, wird durch Neutronenbestrahlung eine Versetzungsfläche rechtwinklig zur (0001)-Fläche eingeführt, was eine derartige Kontraktion und Expansion des Kristalls bewirkt. Demgemäß tritt in einem Brennstabkanal, in dem die <0001>-Kristallorientierung so ausgerichtet ist, dass rechtwinklig zur Oberfläche zeigt, Kristallwachstum in der Längen- und der Breitenrichtung auf. Das Ausmaß der Neutronenbestrahlung wird an einer Position näher am Zentrum des Reaktorkerns größer, und dort tritt durch Änderung der Neutronenbestrahlungsmenge eine Differenz im Ausmaß des Bestrahlungswachstums auf, was die bogenförmige Verformung verursacht. Eine zufällige Orientierung von <0001>-Richtungen von Kristallen ist zum Begrenzen des Bestrahlungswachstums wirkungsvoll. Bestrahlungswachstum ist eine Verformung ohne jede Volumenänderung, und selbst wenn jedes der Kristallkörner des polykristallinen Aggregats in einer speziellen Richtung verformt wird, sind alle Verformungsrichtungen zufällig, was so betrachtet werden kann, als liege insgesamt keine Verformung vor.Deformation occurs because of the <0001> crystal orientation of hexagonal Zr metal perpendicular to the surface the zirconium alloy. If hexagonal Zr metal When exposed to neutron radiation, the crystal pulls in the <0001> direction together, while it expands in the direction perpendicular to the <0001> direction. More specifically, neutron irradiation makes a dislocation area rectangular to the (0001) surface introduced, which causes such a contraction and expansion of the crystal. Accordingly occurs in a fuel rod channel in which the <0001> crystal orientation is oriented so that it is perpendicular to the surface, Crystal growth in length and the width direction. The extent of neutron radiation gets closer to a position bigger at the center of the reactor core, and there occurs through change the amount of neutron irradiation is a difference in the amount of irradiation growth on what the arcuate Deformation causes. A random one Orientation of <0001> directions of crystals is effective in limiting radiation growth. irradiation growth is a deformation without any change in volume, and even if each the crystal grains of the polycrystalline aggregate deformed in a special direction , all directions of deformation are random, what are considered so can, as if there was no deformation overall.
Für
eine quantitative Bewertung der Kristallorientierung wird normalerweise
ein Verfahren verwendet, bei dem die Röntgenbeugungsintensität einer
speziellen Kristallfläche
unter Verwendung einer Kombination von Reflexions- und Transmissions-Röntgenbeugungsverfahren
gemessen wird, und der F-Wert wird nach Gleichung (1) aus der gemessenen
Röntgenbeugungsintensität berechnet:
Wenn die Kristallrichtung völlig zufällig gemacht
ist, gilt die Beziehung:
Es ist bevorzugt, dass Fr, Ft und Fl jeweils 0,20 bis 0,50 betragen. Vorzugsweise beträgt Fr 0,25 bis 0,50, Fl 0,20 bis 0,35 und Ft 0,25 bis 036. Am bevorzugtesten betragen Fr, Ft und Fl jeweils 0,31 bis 0,35.It is preferred that Fr, Ft and Fl are 0.20 to 0.50 each. Fr is preferably 0.25 to 0.50, Fl 0.20 to 0.35 and Ft 0.25 to 036. Most preferred Fr, Ft and Fl are 0.31 to 0.35 each.
Der Fr-Wert der (0002)-Kristallebene
(entsprechend der (0001)-Ebene einer Platte und einer Röhre, die
durch einen Prozess hergestellt werden, bei dem übliche Kaltbearbeitung und
Temperung wiederholt werden, beträgt ungefähr 0,7, und die <0001>-Kristallrichtung ist
hauptsächlich
in der Richtung rechtwinklig zur Platten(Röhren)fläche ausgerichtet. Dieser Zustand,
bei dem die <0001>-Kristallrichtung hauptsächlich in
der Richtung rechtwinklig zur Oberfläche ausgerichtet ist, wird
als Textur bezeichnet. Wie in
Als Maßnahme zum Erzielen einer Textur,
bei der der Fl-Wert 0,20 bis 0,35 ist, existiert ein Prozess mit
den Schritten des Erwärmens
einer Zirconiumlegierungselements auf den Temperaturbereich einer β-Phase (Temperatur über 980°C im Fall
von Zircaloy), um dadurch ausreichende Kristallkörner von βZr zum Wachsen zu bringen, mit
anschließendem
Abschrecken des Elements durch Aufsprühen von Wasser, wobei es jedoch
erforderlich ist, das gesamte Element auf eine gleichmäßige Temperatur
zu erwärmen.
Durch diese Behandlung werden hexagonale αZr-Kristalle in kubische βZr-Kristalle
umgewandelt, die im Verlauf der Abkühlung erneut in hexagonale
in αZr-
Kristalle umgewandelt werden. Um durch diese Wärmebehandlung eine Textur zu
erzielen, bei der der Fl-Wert 0,20 bis 0,35 beträgt, ist es zweckdienlich, βZr-Kristallkörner so
zu züchten, dass
ihre Korngröße nicht
kleiner als 100 μm
ist. Um eine Textur zu erzielen, bei der der Fl-Wert nicht kleiner als
0,20 ist, müssen βZr-Kristallkörner so
gezüchtet
werden, dass sie mindestens nicht kleiner als 50 μm aber nicht
größer als
500 μm hinsichtlich
der Korngröße sind,
vorzugsweise nicht kleiner als 150 μm und nicht größer als
300 μm.
Die Zeitspanne zum Erwärmen
im Temperaturbereich der β-Phase
kann dann kürzer
sein, wenn die Heiztemperatur im Temperaturbereich der β-Phase höher ist
(vorzugsweise 1000 bis 1350°C,
bevorzugter 1000 bis 1200°C).
Die Verweilperiode bei der maximalen Temperatur kann sehr kurz sein.
Zum Bei spiel beträgt
sie 1,5 bis 100 s, vorzugsweise 5 bis 60 s Insbesondere ist es bevorzugt,
die Erwärmung
im Bereich auszuführen,
der in
Ein gleichmäßiges Erwärmen des gesamten Elements kann durch die folgende Maßnahme ausgeführt werden: die Breite des Heizkörpers wird auf nicht kleiner als 3 cm, vorzugsweise nicht kleiner als 4,5 cm, bevorzugter auf 4,5 bis 10 cm (zwei Windungen einer Hochfrequenz-Induktionsheizspule) eingestellt; das Erwärmen wird ausgeführt, während der Zwischenraum zwischen dem erwärmten Element und dem Heizkörper unter Verwendung von Walzen konstant gehalten wird und eine Abschreckbehandlung wird mehrmals ausgeführt; und es wird eine Messung des erwärmten Teils ausgeführt usw. Der Zwischenraum beträgt 1 bis 5 mm, wobei insbesondere ein Zwischenraum von 2 bis 3 mm bevorzugt ist.Even heating of the entire element can by the following measure be carried out: the width of the radiator is not less than 3 cm, preferably not less than 4.5 cm, more preferably 4.5 to 10 cm (two turns of a high frequency induction heating coil) set; the warming is running, while the space between the heated element and the radiator below Use of rollers is kept constant and a quenching treatment is executed several times; and there will be a measurement of the warmed Partly executed etc. The gap is 1 to 5 mm, with an interval of 2 to 3 mm being preferred is.
Wenn die Heiztemperatur unpassend ist oder die zugehörige Verweilzeit unpassend ist, ist es selbst dann, wenn die Erwärmung im Temperaturbereich der β-Phase ausgeführt wird, unmöglich, im gesamten Element die gewünschte Textur zu erzielen. Um eine Textur zu erhalten, bei der die Kristallrichtung zufällig ist, ist es erforderlich, ausreichende βZr-Kristallkörner mit verschiedenen Kristallkornrichtungen zu züchten. Für dieses ausreichende Wachstum ist eine Temperatur oder eine Verweilzeit erforderlich, die ausreichend hoch oder lang (nicht kleiner als 0,8 hinsichtlich des p-Werts) sind, um βZr-Kristallkörner zu züchten, bis die Korngröße mindestens 50 μm beträgt.If the heating temperature is inappropriate is or the associated one Dwell time is inappropriate, even if the warming in the Temperature range of the β phase accomplished becomes impossible the desired one in the entire element To achieve texture. To get a texture with the crystal direction fortuitously , it is necessary to have sufficient βZr crystal grains with different crystal grain directions to breed. For this sufficient growth is a temperature or a dwell time required that are sufficiently high or long (not less than 0.8 in terms of p-value) to grow βZr crystal grains until the grain size is at least Is 50 μm.
Wie oben beschrieben, variiert der Fr-Wert abhängig von der Wärmebehandlung, und die Temperatur und die Verweilzeit sind wichtige Faktoren. Demgemäß ist es, um den Fr-Wert durch Erwärmen im Temperaturbereich der β-Phase so zu verringern, dass er nicht mehr als 0,50 beträgt, bevorzugt, den durch die obige Gleichung erhaltenen Parameter P auf nicht weniger als 1,5 einzustellen (Größe von βZr-Kristallkörnern nicht unter 60 μm). Insbesondere beträgt der Parameter P vorzugsweise 2,5 bis 5 (Größe von βZr-Kristallkörnern von 70 bis 500 μm). Bevorzugter beträgt er 3,2 bis 5 (Größe von βZr- Kristallkörnern von 100 bis 500 μm).As described above, the Fr value varies depending on the heat treatment, and the temperature and the residence time are important factors. Accordingly, it is about the Fr value by heating it in tempera of the β phase so that it is not more than 0.50, preferably to set the parameter P obtained by the above equation to not less than 1.5 (size of βZr crystal grains not less than 60 μm). In particular, the parameter P is preferably 2.5 to 5 (size of βZr crystal grains from 70 to 500 μm). It is more preferably 3.2 to 5 (size of βZr crystal grains from 100 to 500 μm).
Eine geeignete Zirconiumlegierung, die als Verkleidungsröhre, Kanal und als Abstandshalterelement verwendet wird, enthält nicht mehr als 5 Gew.-% Sn und/oder nicht mehr als 5 Gew.-% Nb und nicht weniger als 90 Gew.-%, (vorzugsweise 95 bis 98,5 Gew.-%) Zr. Sn und Nb sind erforderlich, um die Festigkeit von Zr zu erhöhen. Es werden nicht mehr als 5% Sn und nicht mehr als 5% Nb benötigt. Vorzugsweise beträgt die Untergrenze von sowohl Sn als auch Nb 0,1%. In Zircaloy sind 1 bis 2% Sn bevorzugt, bevorzugter 1,2 bis 1,7% Sn. Diese Legierung kann nicht mehr als 0,5% Fe und nicht mehr als 0,5% Cr enthalten, oder sie kann diese Menge an Cr und nicht mehr als 0,2% Ni oder diese Mengen an Fe und Ni enthalten. Insbesondere ist es bevorzugt, dass Zircaloy 0,05 bis 0,20% Fe oder 0,1 bis 0,38 Fe, 0,05 bis 0,15% Cr oder 0,03 bis 0,10% Ni oder 0,25% Ni, die zugesetzt sind, oder 0,22 bis 0,38% Fe, 0,05 bis 0,15% Cr und 0,09 bis 0,15% Ni enthält. Im letzteren Fall können Fe oder Ni alleine verwendet werden, jedoch ist es bevorzugt, dass sowohl Fe als auch Ni enthalten sind. Das bevorzugte Mischungsverhältnis (Fe/Ni) beträgt 1,3 bis 10.A suitable zirconium alloy, that as a casing tube, Channel and used as a spacer element does not contain more than 5% by weight of Sn and / or not more than 5% by weight of Nb and not less than 90% by weight, (preferably 95 to 98.5% by weight) Zr. sn and Nb are required to increase the strength of Zr. It no more than 5% Sn and no more than 5% Nb are required. Preferably is the lower limit of both Sn and Nb 0.1%. Are in Zircaloy 1 to 2% Sn preferred, more preferably 1.2 to 1.7% Sn. This alloy cannot contain more than 0.5% Fe and not more than 0.5% Cr, or it can contain this amount of Cr and not more than 0.2% Ni or contain these amounts of Fe and Ni. In particular, it is preferred that Zircaloy 0.05 to 0.20% Fe or 0.1 to 0.38 Fe, 0.05 to 0.15% Cr or 0.03 to 0.10% Ni or 0.25% Ni added, or Contains 0.22 to 0.38% Fe, 0.05 to 0.15% Cr and 0.09 to 0.15% Ni. In the latter Case can Fe or Ni can be used alone, but it is preferred that both Fe and Ni are included. The preferred mixing ratio (Fe / Ni) is 1.3 to 10.
Als Beispiele für Nb-haltige Legierungen sind Legierungen Zr – 0,5 bis 2% Nb, Zr – 2 bis 5% Sn – 0,5 bis 1,5% Nb – 0,5 bis 1,5% Mo, Zr – 0,5 bis 0,15% Sn – 0,5 bis 1,5% Nb – 0,1 bis 1,0% Fe, Zr – 0,5 bis 5,0% Nb – 0 bis 3,0% Sn – nicht mehr als 2% mindestens eines Materials, das aus der aus Fe, Ni, Cr, Ta, Pd, Mo und W bestehenden Gruppe ausgewählt ist, bevorzugt.Examples include alloys containing Nb Alloys Zr - 0.5 up to 2% Nb, Zr - 2 up to 5% Sn - 0.5 to 1.5% Nb - 0.5 up to 1.5% Mo, Zr - 0.5 up to 0.15% Sn - 0.5 up to 1.5% Nb - 0.1 up to 1.0% Fe, Zr - 0.5 up to 5.0% Nb - 0 up to 3.0% Sn - not more than 2% of at least one material made from Fe, Ni, Cr, Ta, Pd, Mo and W existing group is selected, preferred.
Bei einem Herstellprozess wird ein Röhrenelement fortgesetzt für eine gewünschte Verweilzeit mit einer Induktionsspule erwärmt, während das Element so bewegt wird, dass es im Temperaturbereich der β-Phase erwärmt wird, wobei das Element nach der Erwärmung zwangsweise abgekühlt wird. Durch dieses Erwärmen auf die β-Phase kann eine Struktur erzielt werden, in der <0001>-Richtungen wahlweise ausgerichtet sind, und es wird hohe Korrosionsbeständigkeit gegen reines Wasser auf hoher Temperatur und hohem Druck erzielt. Vorzugsweise erfolgt das Abkühlen durch Aufsprühen von Wasser (vorzugsweise durch Aufsprühen warmen Wassers), wobei die Abkühlgeschwindigkeit 50 bis 300°C, vorzugsweise 100 bis 250°C/s beträgt. Es kann eine andere Heizeinrichtung wie Infrarotstrahlung oder ein Elektroofen verwendet werden. Insbesondere ist es bevorzugt, eine Verformung durch Abkühlen dadurch zu vermeiden, dass die Abkühlgeschwindigkeit beim Abkühlvorgang unter Verwendung von warmem Wasser über der Raumtemperatur als Kühlmittel für den Abkühlvorgang verwendet wird. Die Temperatur beträgt vorzugsweise 40 bis 80°C.In a manufacturing process, a tubular member continued for a desired one Dwell time heated with an induction coil while the element is moving is that it is heated in the temperature range of the β phase, the element after heating forced to cool becomes. By this warming on the β phase a structure can be achieved in the <0001> directions are optionally aligned and it becomes high corrosion resistance achieved against pure water at high temperature and high pressure. Cooling is preferably carried out by spraying of water (preferably by spraying warm water), whereby the cooling rate 50 to 300 ° C, preferably 100 to 250 ° C / s is. It can be another heating device such as infrared radiation or a Electric oven can be used. In particular, it is preferred to use a Deformation by cooling thereby avoiding the cooling rate during the cooling process using warm water above room temperature as coolant for the cooling process is used. The temperature is preferably 40 to 80 ° C.
Wenn eine Erwärmung im Temperaturbereich der β-Phase erfolgt, ist es bevorzugt, das erwärmte Element dadurch einzugrenzen, dass es an einem Element mit einem Wärmeexpansionskoeffizienten über dem der Zr-Legierung befestigt wird. Insbesondere ist es im Fall eines Röhrenelements bevorzugt, das Erwärmen und Abkühlen auszuführen, während in das Innere der Röhre ein metallisches Element eingeführt ist, das örtliche mit der Innenseite des Elements in Kontakt steht, um erwärmt zu werden, um den Wärmeeinfluss auf dieses dadurch zu verringern, dass verhindert wird, dass die gesamten Oberflächen dieser Elemente miteinander in Kontakt stehen, während die entgegengesetzten Enden dieser Elemente aneinander befestigt sind, um zu verhindern, dass sich das Röhrenelement während des Erwärmens und Abkühlens verformt. Wenn das Beibehaltungselement vorhanden ist, können das Erwärmen und das Abkühlen leicht ausgeführt werden. Als Eingrenzungselement ist ein austenitischer rostfreier Stahl wie SUS304, 316, 347 usw. mit größerem Wärmeexpansionskoeffizienten als dem einer Zr-Legierung bevorzugt.If a warming in the temperature range the β phase it is preferred to limit the heated element by that it is on an element with a coefficient of thermal expansion above that of the Zr alloy is attached. In particular, it is in the case of a tubular element preferred, the heating and cooling down perform, while inside the tube introduced a metallic element is the local is in contact with the inside of the element to be heated around the influence of heat to reduce this by preventing the entire surfaces of these elements are in contact with each other while the opposite Ends of these elements are fastened together to prevent that the tube element while of warming and cooling deformed. If the retention element is present, it can Heat and cooling easily executed become. An austenitic stainless is the limiting element Steel such as SUS304, 316, 347 etc. with a larger coefficient of thermal expansion preferred as that of a Zr alloy.
Anschließend an die Wärmebehandlung in der β-Phase wird ein Tempern zum gleichmäßigen Erwärmen des gesamten Elements ausgeführt. Das Tempern erfolgt bei 500 bis 650°C, (vorzugsweise 550 bis 640°C). Auch für dieses Tempern ist es bevorzugt, das Eingrenzungselement zu verwenden, um das erwärmte Element einzugrenzen, wodurch das Röhrenelement geeignet geformt werden kann. Diese Wärmebehandlungen erfolgen in nicht oxidierender Atmosphäre, wobei insbesondere eine Behandlung in Ar bevorzugt ist.Subsequent to the heat treatment in the β phase annealing is used to heat the entire element. Annealing takes place at 500 to 650 ° C, (preferably 550 to 640 ° C). Also for this Annealing is preferred to use the containment element around the heated element narrow down, creating the tubular element can be suitably shaped. These heat treatments are carried out in non-oxidizing atmosphere, treatment in Ar is particularly preferred.
Nach der abschließenden Wärmebehandlung wird eine Oxidationsschicht auf der Oberfläche durch Sandstrahlen und Beizen entfernt. Nach dem Entfernen der Oxidationsschicht wird die Oberfläche durch einen Autoklav oxidiert, um darauf eine stabile Oxidbeschichtung herzustellen, wodurch das Erzeugnis fertiggestellt ist. Endabschnitte von Schraublöchern usw. für Befestigungszwecke an den beiden Enden werden für den Gebrauch des Erzeugnisses ausgeschnitten.After the final heat treatment there is an oxidation layer on the surface removed by sandblasting and pickling. After removing the oxidation layer becomes the surface oxidized by an autoclave to create a stable oxide coating to manufacture, whereby the product is completed. end of screw holes etc. for Fastening purposes at both ends are for the use of the product cut out.
Ein Kanal wird dadurch hergestellt, dass zwei U-förmige Elemente stumpf aneinandergesetzt werden, ein Plasmaverschweißen der stumpf aneinander gesetzten Abschnitte zum Herstellen einer eckigen Röhre ausgeführt und der geschweißte Abschnitt eingeebnet wird, woraufhin er verwendet wird. Für die Wärmebehandlung dieser eckigen Röhre ist es bevorzugt, ein X-förmiges Eingrenzungselement in sie einzuführen.A channel is made that two U-shaped Elements are butted together, a plasma welding of the butted sections to create a square Tube executed and the welded Section is leveled, whereupon it is used. For heat treatment this angular tube it is preferred to have an X-shaped one Introduce narrowing element into it.
Es wurde eine Atomkraftanlage mit einer Dampfturbine erstellt, die durch die Wärmeausgangsleistung getrieben wird, die durch atomaren Brennstoff erhalten wird, der in einem Reaktordruckgefäß enthalten ist, wobei durch die Drehung der Turbine ein Generator angetrieben wird, um elektrische Ausgangsleistung zu erzeugen, wobei die thermische Ausgangsleistung des Reaktors nicht kleiner als 3200 MW ist, der Druck im Reaktor nicht kleiner als 7,0 MPa ist, die Temperatur des Reaktor nicht niedriger als 288°C ist und die elektrische Ausgangsleistung nicht kleiner als 1100 MW ist, oder alternativ die thermische Ausgangsleistung des Atomreaktors nicht kleiner als 4300 MW ist, der Druck im Reaktor nicht kleiner als 7,2 MPa ist, die Temperatur des Reaktors nicht kleiner als 288°C ist und die elektrische Ausgangsleistung nicht kleiner als 1500 MW ist, wobei bei diesem Kraftwerk das Brennstoffbündel angewandt ist.An atomic power plant with a steam turbine driven by the heat output obtained from atomic fuel contained in a reactor pressure vessel has been constructed, and the rotation of the turbine drives a generator to produce electrical output, the thermal Output power of the reactor is not less than 3200 MW, the pressure in the reactor is not less than 7.0 MPa, the temperature of the reactor is not less than 288 ° C and the electrical off power output is not less than 1100 MW, or alternatively the thermal output power of the atomic reactor is not less than 4300 MW, the pressure in the reactor is not less than 7.2 MPa, the temperature of the reactor is not less than 288 ° C and the electrical output power is not less than 1500 MW, the fuel bundle being used in this power plant.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSUMMARY THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION THE PREFERRED EMBODIMENTS
Ausführungsbeispiel 1 (nicht erfindungsgemäß)Embodiment 1 (not according to the invention)
Es wurden drei Zircaloy-Arten verwendet, die als Zirconiumlegierungs-Plattenelement mit Legierungszusammensetzungen, wie sie in Tabelle 1 dargestellt sind, eingesetzt wurden. Sie wurden unter den in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen wärmebehandelt.Three types of Zircaloy were used, which as a zirconium alloy plate element with alloy compositions, as shown in Table 1, were used. they were heat treated under the conditions given in Table 2.
Tabelle 1 Table 1
Tabelle 2 Table 2
Jede dieser Legierungen wurden als Platte hergestellt, die durch Wiederholen von Kaltwalzen und Tempern, das bei 650°C für zwei Stunden ausgeführt wurde, mit einer Dicke von 2,5 mm vor dem Gebrauch ausgebildet. Die in Tabelle 2 angegebenen Wärmebehandlungen 2 bis 4 wurden durch die Schritte des Erwärmens des Plattenelements mit einer Breite von 280 mm und einer Länge von 4 m mittels einer Hochfrequenz-Induktionsspule sowie des Abkühlens desselben mit Wasser in Umfangsrichtung in gleichmäßiger Weise unter Verwendung spulenförmiger Abkühldüsen, die darunter in derselben Weise wie die Hochfrequenz-Induktionsspule aufgewickelt waren, ausgeführt. Der Parameter P wurde durch die oben genannte Gleichung berechnet. Um über die gesamte Plattenbreite gleichmäßig zu erwärmen, wurden der obere und der untere Teil der Spule durch Walzen fixiert, um die Platte an einer Bewegung nach rechts und links sowie nach hinten zu vorne zu hindern, damit sich der Zwischenraum zwischen der Platte und der Spule nicht änderte. Die Spule verfügt über drei Windungen, wobei eine Windung eine Heizbreite von nicht weniger als 1 cm aufweist, so dass die Breite der Heizzone nicht größer als 4 cm, vorzugsweise 1,5 bis 2 cm, wird, was es ermöglicht, dass die Platte eine gleichmäßige Erwärmungstemperatur zeigt. Zum Kühlen wurde warmes Wasser mit einer Temperatur nicht unter 440°C verwendet, was das Auftreten einer Verformung während des Abkühlens verhinderte und zu gleichmäßiger Erwärmung führte. Durch visuelle Untersuchung zeigte sich keine Verformung des Plattenelements bei diesem Ausführungsbeispiel.Each of these alloys have been considered Plate made by repeating cold rolling and tempering, that at 650 ° C for two Hours running was formed with a thickness of 2.5 mm before use. The heat treatments given in Table 2 2 to 4 were covered by the steps of heating the plate member a width of 280 mm and a length of 4 m by means of a high-frequency induction coil as well of cooling the same with water in the circumferential direction in a uniform manner using coil-shaped Cooling nozzles that including in the same way as the high-frequency induction coil were wound up. The parameter P was calculated by the above equation. To over to heat the entire plate width evenly, the top and the lower part of the coil is fixed by rolling to the plate a movement to the right and left and backwards to the front to prevent the gap between the plate and the spool did not change. The coil has three Turns, one turn having a heating width of no less than 1 cm, so that the width of the heating zone is not greater than 4 cm, preferably 1.5 to 2 cm, which makes it possible that the plate has a uniform heating temperature shows. For cooling warm water with a temperature not lower than 440 ° C was used, which prevented deformation from occurring during cooling and led to uniform heating. By visual examination showed no deformation of the plate element in this embodiment.
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse von
Messungen von F-Werten für
die (0002)-Ebene (parallel zur (0001)-Ebene) und die (1010)-Ebene
(senkrecht zur (0001)-Ebene) für
die wärmebehandelten
Elemente
Tabelle 3 Table 3
Im Fall der Platte (Wärmebehandlung Nr. 1), die durch Wiederholen sowohl des üblichen Kaltwalzens als auch des Tempern hergestellt wurde, ist der Fr-Wert für die (0002)-Ebene groß, mit ungefähr 0,7, während der Fr-Wert für die (1010)- Fläche im Vergleich mit Fl und Ft klein ist (ungefähr 0,15). Aus diesen Werten, wie sie in Tabelle 3 dargestellt sind, ist erkennbar, dass die (0002)-Ebene im Wesentlichen parallel zur Plattenoberfläche ausgerichtet ist. Die F-Werte des auf den Temperaturbereich der (α + β)-Phase und abgekühlten Elements (Wärmebehandlung Nr. 2) entsprechen im Wesentlichen denjenigen des zugeführ ten Elements (Wärmebehandlung Nr. 1). So ist es ersichtlich, dass sich die Textur durch Erwärmen auf den Temperaturbereich der (α + β)-Phase und Abkühlen nicht ändert. In den Fällen des Erwärmens bis in den Temperaturbereich der β-Phase (1000°C) für 1 nun und 5 s, gefolgt durch Abkühlen (Wärmebehandlungen Nr. 3 und 6) werden eine Verringerung des Fr-Werts und Zunahme beim Fl- und Ft-Wert für die (0002)-Ebene sowie eine Erhöhung beim Fr-Wert und Verkleinerungen beim Fl- und Ft-Wert für die (1010)-Ebene im Vergleich zum zugeführten Element beobachtet und die Kristallorintierung ist zufällig. Jedoch ist die Bedingung Fr-Wert ≤ 0,35 nicht erfüllt, was ein Zielwert ist, der die Verwendung in einem Bereich derartig hoher Strahlung ermöglicht, bei der das Ausmaß der Neutronenexposition ≥ 1022 (n/cm2) ist. In den Fällen einer Verweilzeit bei 1000°C für 10 min (Wärmebehandlung Nr. 4) und einer Erhöhung der Erwärmungstemperatur auf 1200°C (Wärmebehandlung Nr. 5), betragen die F-Werte für die (0002)-Ebene und die (1010)-Ebene jeweils ungefähr 0,33, und es ist ersichtlich, dass die Kristallorientierung im Wesentlichen vollständig zufällig ist. Wie oben beschrieben, wird in den durch die Wärmebehandlungen 4 und 5 bearbeiteten Elementen weder eine Biegeverformung noch eine Dehnungsverformung hervorgerufen, und zwar selbst dann, wenn eine Ungleichmäßigkeit der Neutronenexposition innerhalb des Elements existiert.In the case of the plate (heat treatment No. 1) made by repeating both the ordinary cold rolling and the annealing, the Fr value for the (0002) plane is large, about 0.7, while the Fr value for the (1010) area is small compared to Fl and Ft (approximately 0.15). From these values, as shown in Table 3, it can be seen that the (0002) plane is aligned essentially parallel to the plate surface. The F values of the element cooled to the temperature range of the (α + β) phase and cooled (heat treatment No. 2) essentially correspond to those of the element supplied (heat treatment No. 1). So it can be seen that the texture does not change by heating to the temperature range of the (α + β) phase and cooling. In the cases of heating up to the temperature range of the β phase (1000 ° C) for 1 now and 5 s, followed by cooling (heat treatments Nos. 3 and 6), a decrease in the Fr value and an increase in the Fl and Ft -Value for the (0002) -level as well as an increase in the Fr-value and decreases in the Fl- and Ft -value for the (1010) -level compared to the supplied element and the crystal orientation is random. However, the condition Fr value ≤ 0.35 is not met, which is a target value that enables use in a region of such high radiation where the amount of neutron exposure is ≥ 10 22 (n / cm 2 ). In the case of a dwell time at 1000 ° C for 10 min (heat treatment No. 4) and an increase in the heating temperature to 1200 ° C (heat treatment No. 5), the F values for the (0002) plane and the (1010 ) Plane about 0.33 each, and it can be seen that the crystal orientation is essentially completely random. As described above, in the elements processed by the heat treatments 4 and 5, neither a bending deformation nor an elongation deformation is caused even if there is an unevenness in the neutron exposure within the element.
Rundliche Kristallkörner, wie sie in der metallischen Struktur jedes der wärmebehandelten Elemente Nr. 1, 3 und 4 beobachtet werden, sind αZr-Körner. Es wurden keine βZr-Kristallkörner beobachtet. Auch sind die beobachteten vieleckigen Kristallkörner βZr-Kristallkörner, wie sie während der Erwärmung in den Temperaturbereich der β-Phase, mit Beibehaltung dieses Bereichs, erzeugt wurden. Es ist ersichtlich, dass dann, wenn die Verweilzeit bei 1000°C von 1 auf 10 min zunimmt, die Korngröße der βZr-Kristallkörner stark zunimmt. Eine in den βZr-Kristallkörnern aufgefundene Schicht- oder Nadelstruktur entsteht, wenn βZr während des Abkühlprozesses erneut in αZr umgewandelt wird, und es handelt sich um keine βZr-Korngrenze.Roundish crystal grains, like they in the metallic structure of each of the heat-treated elements No. 1, 3 and 4 are observed are αZr grains. No βZr crystal grains were observed. Also, the polygonal crystal grains observed are βZr crystal grains as they were during the warming in the temperature range of the β phase, while maintaining this area. It can be seen that when the dwell time at 1000 ° C increases from 1 to 10 min, the grain size of the βZr crystal grains strongly increases. One found in the βZr crystal grains Layered or needle structure arises when βZr during the cooling process again in αZr is converted and there is no βZr grain boundary.
Es ist möglich, die Kristallrichtung der (0002)-Ebene durch Züchten von Kristallkörnern zufällig zu machen, jedoch beträgt das Maß der Zufälligkeit dieser Orientierung ungefähr 75%, wenn der Fl-Wert 0,30 beträgt, in welchem Fall die Korngröße ungefähr 100 μm beträgt. Wenn die Korngröße 150 μm überschreitet, ist das Maß der Zufälligkeit nicht kleiner als ungefähr 80%, und der Fl-Wert wird 0,310. Ferner ist, wenn der Fl-Wert 0,33 beträgt, das Maß der Zufälligkeit nicht kleiner als ungefähr 90%, wobei die Korngröße in diesem Fall nicht kleiner als ungefähr 250 μm ist.It is possible the crystal direction the (0002) level by breeding of crystal grains fortuitously to make, however the measure of contingency this orientation roughly 75% if the Fl value is 0.30, in which case the grain size is approximately 100 μm. If the grain size exceeds 150 μm, is the measure of contingency not less than about 80%, and the Fl value becomes 0.310. Furthermore, if the Fl value is 0.33 is, the measure of contingency not less than about 90%, the grain size in this case not less than about Is 250 μm.
Aus der Beziehung zwischen dem Parameter P = (3,55 + logt) × log(T–980) und der Dehnung durch Bestrahlungswachstum, insbesondere im Fall einer Wärmebehandlung bei 1000°C, fällt die Dehnung durch Bestrahlungswachstum abrupt, wenn P 0,5 überschreitet, mit einer weiteren Verringerung, wenn sich P von 0,5 auf 3,5 ändert, und mit ungefähr konstantem Wert nahe null, wenn P nicht kleiner als 3,5 ist. Wenn P kleiner als 3,5 ist, tritt Bestrahlungswachstum auf. Wenn P 3,5 oder größer ist, tritt im Wesentlichen kein Bestrahlungswachstum auf. Der Effekt des Begrenzens der Dehnung durch Bestrahlungswachstum ist dann ausreichend hoch, wenn P nicht kleiner als 1,5 ist. Vorzugsweise wird P auf 3,2 bis 5 eingestellt.From the relationship between the parameter P = (3.55 + logt) × log (T-980) and elongation due to radiation growth, especially in the case of a heat treatment at 1000 ° C, falls the Elongation due to radiation growth abruptly when P exceeds 0.5, with a further decrease as P changes from 0.5 to 3.5, and with about constant value close to zero if P is not less than 3.5. If P is less than 3.5, radiation growth occurs. If P 3.5 or larger, there is essentially no radiation growth. The effect the limitation of the stretch due to radiation growth is then sufficiently high, if P is not less than 1.5. P is preferably increased to 3.2 to 5 set.
Tabelle 4 Table 4
Wie oben beschrieben, tritt, wenn die Kristallrichtung völlig zufällig gemacht ist, keine Dehnung durch Bestrahlungswachstum bei Bestrahlung mit Neutronen auf. Jedoch ist ein tatsächlicher Kanal ein viereckiger, röhrenförmiger Körper mit einer Seitenlänge von 140 mm, und es ist besonders schwierig, ihn so herzustellen, dass die F-Werte an den voneinander abgewandten Seiten völlig gleich sind. Die oben genannte Dehnung durch Bestrahlungswachstum wird durch eine Differenz von F-Werten verursacht, wobei jedoch das Problem hinsichtlich Wasserkästen eine Verbiegung ist. Die Verbiegung wird insbesondere durch die Differenz der F-Werte für die voneinander abgewandten Flächen verursacht. Das Biegeausmaß wurde dadurch gemessen, dass zwischen den voneinander abgewandten Flächen eine sehr kleine Differenz zwischen den F-Werten dadurch erzeugt wurde, dass die oben genannten Wärmebehandlungsbedingungen geändert wurden.As described above, when the crystal direction completely fortuitously is made, no expansion due to radiation growth when irradiated with neutrons. However, an actual channel is a square, tubular body with one side length of 140 mm and it is particularly difficult to manufacture it in such a way that the F values on the sides facing away from one another are completely identical are. The above stretch due to radiation growth will caused by a difference in F values, but the problem with regard to water tanks is a bend. The bending is caused in particular by the Difference in F values for the surfaces facing away from each other caused. The amount of bending was measured in that a between the surfaces facing away from each other very small difference between the F values was generated that the above heat treatment conditions changed were.
Ferner tritt in einem Kanal Kriechverformung durch den Wasserdruck auf, was zu Aufwölbungsverformung führt. Die Aufwölbungsverformung tritt dann auf, wenn das Abbrandausmaß weiter zunimmt, und die Werte der Verbiegung und der Rufwölbung müssen insbesondere bei 60 GWd/t berücksichtigt werden.Creep also occurs in a channel due to the water pressure, which leads to bulging deformation. The buckling deformation occurs when the amount of burn-up continues to increase, and the values the bend and the buckle have to especially taken into account at 60 GWd / t become.
Tabelle 5 zeigt die Abhängigkeit des Biegeausmaßes (mm) eines Kanals auf Fl und ΔFl bei 60 GWd/t. Unter Berücksichtigung der Rufwölbung beträgt das Biegeausmaß vorzugsweise nicht mehr als 1,17 mm, wobei Fl vorzugsweise 0,30 bis 0,35 ist und ΔFl nicht mehr als 0,06 beträgt.Table 5 shows the dependency the extent of bending (mm) of a channel on Fl and ΔFl at 60 GWd / t. Considering the curvature of the call is the degree of bending preferably not more than 1.17 mm, with Fl preferably being 0.30 to 0.35 and ΔFl is not more than 0.06.
Tabelle 5 Table 5
Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2
Tabelle 6 Table 6
Wie aus Tabelle 6 erkennbar, war jeder der F-Werte auf 1/3 verringert, und die Kristallrichtung war völlig zufällig.As can be seen from Table 6, was each of the F values decreased to 1/3 and the crystal direction was completely fortuitously.
Als Ergebnis eines zugehörigen Tests bei einer Bestrahlung mit schnellen Neutronen betrug die durch eine Bestrahlung von 3 × 1022 n/cm2 verursachte Dehnung nicht mehr als ungefähr 0,3 × 10–4, was sehr klein ist. Die Kristallkorngrößen dieser Proben betrugen 250 μm.As a result of an associated test when irradiated with fast neutrons, the elongation caused by irradiation of 3 × 10 22 n / cm 2 was not more than about 0.3 × 10 -4 , which is very small. The crystal grain sizes of these samples were 250 μm.
Nach dieser Wärmebehandlung wurden Sandstrahlen und Beizen ausgeführt, um die an der Oberfläche ausgebildete Oxidschicht zu entfernen und danach wurde eine Autoklavbehandlung unter Verwendung von Wasserdampf ausgeführt.After this heat treatment, sandblasting was carried out and pickling, to those on the surface to remove the formed oxide layer and then an autoclave treatment executed using water vapor.
Das SWR-Brennstabbündel umfasst,
wie veranschaulicht, mehrere Brennstäbe
Dieses Brennstabbündel wird durch einen komplizierten Herstellprozess hergestellt, und jede Struktur wird durch Verschweißen angebaut.This fuel bundle is complicated by a Manufacturing process manufactured, and every structure is grown by welding.
Der die Brennstäbe enthaltende Kanal
Zirconiumlegierungen verfügen im Allgemeinen über hohe
Korrosionsbeständigkeit
und einen kleinen Neutronenabsorptions-Querschnitt. Wegen dieser
Eigenschaften sind sie als Materialien für ein Brennstabbündel für einen
Atomreaktor geeignet, und sie werden für eine Brennstab-Mantelröhre, einen
Kanal
Die aus diesem Ausführungsbeispiel erhaltenen Brennstabbündel wurden entlang dem Außenumfang eines Reaktorkerns eingesetzt und einem 2-Zyklus-Test (für zwei Jahre) unterzogen. Nach dem Messen des Verbiegeausmaßes nach dem Entnehmen des Kanals ergab sich, dass keinerlei Verbiegung vorlag. Das Abbrandausmaß betrug im 2-Zyklus-Test ungefähr 16,6 GWd/t.The from this embodiment preserved fuel bundle were along the outer circumference of a Core and a 2-cycle test (for two years) subjected. After measuring the amount of bending after removing the Kanals found that there was no bending. The extent of the erosion was approximately in the 2-cycle test 16.6 GWd / t.
Es ist ersichtlich, dass das Biegeausmaß selbst bei einem Abbrandausmaß von nicht unter 45 GWd/t und auch bei einem Abbrandausmaß nicht unter 32 GWd/t sehr klein ist. In diesem Fall kann der Kanal auf diese 2-Zyklus-Weise erneut verwendet werden, wenn der an der Oberfläche angebrachte Mantel entfernt wird und der Brennstoff zur Wiederverwendung des Kanals ausgetauscht wird. Da das Biegeausmaß klein ist, kann er an derselben Position im Kern wie beim vorigen Gebrauch verwendet werden. Es ist auch bevorzugt, dieselbe Wärmebehandlung und Orientierung für die Mantelröhren anzuwenden, die aus den oben genannten Legierungen, die keine Zircaloylegierung sind, hergestellt sind.It can be seen that the amount of bending itself with a burn-up of not less than 45 GWd / t and not even in the case of a burn-up below 32 GWd / t is very small. In this case the channel can be on this 2-cycle manner can be used again when the surface attached Coat is removed and the fuel is reused Channel is exchanged. Since the amount of bending is small, it can be used on the same Position in the core as in previous use. It the same heat treatment is also preferred and orientation for the jacket tubes apply that from the above alloys that are not a zircaloy alloy are, are manufactured.
Es ist ersichtlich, dass durch gleichzeitiges Unterdrücken sowohl der durch Bestrahlung verursachten Verformung als auch der durch thermische Kriechverformung verursachten Rufwölbung Streustrahlung aus dem Zwischenraum zwischen der unteren Ankerplatte und dem Kanal verringert ist, und es kann eine Änderung der Streustrahlungsdosis, wie sie im Verlauf der Zeit auftritt, verringert werden.It can be seen that by simultaneous Suppress both the deformation caused by radiation and the Ruffling caused by thermal creep deformation from the space between the lower anchor plate and the channel is reduced and there may be a change in the scattered radiation dose, as it occurs over time.
Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3
Die Plattendicke jedes der Wasserkästen bei
den oben genannten Ausführungsbeispielen
Durch die Struktur gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
sollen Aufwölbungen
durch Kriechverformung verhindert werden, wie sie durch Gebrauch
für eine
lange Zeitspanne auftreten können.
Auch können
im Fall der vorliegenden Struktur die bei den Ausführungsbeispielen
Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4
Der vorliegende Atomreaktor wird
bei einer Dampftemperatur von 286°C
und einem Dampfdruck von 70,7 atg betrieben, wobei er als erzeugte
elektrische Ausgangsleistung eine elektrische Leistung von 500,
800 und 1100 MW erzeugen kann. Jede Bezeichnung ist die Folgende:
Röhre
Ein Atomreaktor verfügt über einen Atomreaktor-Druckbehälter, einen in dessen Innerem enthaltenen Kern, Innenkonstruktionen, Kontrollstäbe und deren Antriebsvorrichtung.An atomic reactor has one Nuclear reactor pressure vessel, a core contained within, interior structures, control rods and their Drive device.
Kühlwasser,
das mit hoher Geschwindigkeit von
Tabelle 7 zeigt die Hauptspezifikation eines elektrischen Kraftwerks mit SWR oder ASWR, wie durch das vorliegende Ausführungsbeispiel erhalten. Das vorliegende elektrische Kraftwerk verfügt über das Merkmal, dass durchgehend bei hohem Abbrandausmaß von nicht unter 35 GWd/t (nicht unter vier Jahren) keine Verbiegung durch Bestrahlungswachstum in einem Brennstabbündel auftritt und dass der Gebrauch des Brennstabbündels und des Elements aus einer Zirconiumlegierung für eine lange Zeitspanne möglich ist, was es ermöglicht, die Menge an aufgebrachtem Brennstoffabfall zu verringern. Die Korrosionsbeständigkeit und die Zuverlässigkeit des Brennstabbündels können ebenfalls verbessert werden, da sowohl die Brennstabbündel-Mantelröhre als auch der Kanal und der Abstands halter einem Abschrecken in der (α + β)-Phase oder der β-Phase unterzogen werden, wie oben angegeben.Table 7 shows the main specification an electrical power plant with SWR or ASWR, as by the present embodiment receive. The present electric power plant has that Characteristic that consistently with a high degree of erosion of not less than 35 GWd / t (not under four years) no bending due to radiation growth in a fuel bundle occurs and that the use of the fuel bundle and the element from a zirconium alloy for a long period of time possible is what enables reduce the amount of fuel waste applied. The corrosion resistance and reliability of the fuel bundle can can also be improved since both the fuel rod cladding tube and also the channel and the spacer quenching in the (α + β) phase or the β phase undergo as indicated above.
Tabelle 7 Table 7
Tabelle 7 (Fortsetzung ) Table 7 (continued)
Wie oben beschrieben, kann die Kristallrichtung eines Zirconiumelements eines Brennstabbündels auf gleichmäßige Weise zufällig gemacht werden, so dass selbst während des Gebrauchs in einer Umgebung mit hoher Strahlung mit einem Wert der Neutronenbestrahlung über 1022 (n/cm2) keine schwerwiegende Biegeverformung durch Bestrahlungswachstum auftritt und eine Minimierung an Brennstabumordnung erzielbar ist. Demgemäß ist der Gebrauch eines Zirconiumelements eines Brennstabbündels für lange Zeit bei einem Atomreaktor mit hohem Abbrandausmaß möglich, was zur Verringerung verbrauchten Brennstoffabfalls beiträgt. Ferner ist die Korrosionsbeständigkeit verbessert und Aufwöl-bungsverformung durch thermische Kriechverformung ist unterdrückt, und es ist die Streustrahlungsdosis verringert, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Brennstabbündelelements aus Zirconium beitragen kann.As described above, the crystal direction of a zirconium element of a fuel bundle can be made random in a uniform manner so that even when used in a high-radiation environment with a neutron irradiation value higher than 10 22 (n / cm 2 ), no severe bending deformation due to radiation growth occurs and minimization of fuel rod rearrangement can be achieved. Accordingly, the use of a zirconium element of a fuel bundle is possible for a long time in an atomic reactor with a large amount of burn-up, which contributes to the reduction of fuel waste consumed. Furthermore, the corrosion resistance is improved, bulging deformation due to thermal creep deformation is suppressed, and the scattered radiation dose is reduced, which can contribute to an improvement in the reliability of the zirconium fuel element.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5577496 | 1996-03-13 | ||
JP8055774A JPH09249927A (en) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | Low irradiation grown zirconium base alloy, its production and application |
Publications (3)
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